綜放開采煤層傾角對周期來壓特征的影響

屈年華

摘 要：雖然幾年來新能源得到了快速發展，但是我國煤炭資源仍然是其中的“領跑者”，因而對于煤炭的開采一直是工業重點。在煤炭的開采過程中，煤層開采技術對于煤炭資源來說至關重要。本文將通過理論分析和現場實測兩種途徑，就煤層開采中的綜放開采煤層傾角對周期來壓特征的影響規律進行探析。

關鍵詞：綜放開采；煤層傾角；周期來壓；特征影響

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.065

0 引言

關于周期來壓規律的說法存在著很多種，像最早的有壓力拱假說和懸臂梁假說。隨著我國煤礦開采裝備的進步和煤層開采技術的發展，有關的礦山壓力規律的說法得到了進一步發展，像鉸接巖塊假說和巖體預成裂隙假說以及后來的砌體梁力學模型。可以說，周期來壓規律有效地推動了我國煤礦礦壓的研究。當前，大部分的研究都是關于開采速度、頂板巖性和頂板管理方法對周期來壓特征的影響，然而，有關于煤層傾角的變化對于周期來壓特征的影響分析卻少之又少。因此，在對煤層周期來壓特征的分析和研究過程中，可以通過對綜放開采煤層傾角進行理論和實踐相結合的方法，論述綜放開采煤層傾角對周期來壓特征的影響。

1 理論分析綜放開采煤層傾角對周期來壓特征的影響

一般來說，煤層的整體地質構造會較為復雜，頂板巖的屬性是中硬性質的巖石層，地質的構造較為簡單而且沒有斷層的分布，煤層的存量和分布也較為穩定。以下，通過綜放開采技術，選擇一個煤層的截面進行理論分析：

在煤層初次來壓之后，周期來壓階段在煤層開采上方的基本頂會形成一定的傾斜角，無論是仰斜開采還是俯斜開采，傾斜角都是客觀存在的。可以將煤層開采上方的基本頂和下方的基本頂之間的彎曲距離作為彎矩（可以設為m），其中兩基本頂的直線距離則為基本頂的厚度（可以設為h），將煤層下方的基本頂和上方基本頂之間相等的距離作為周期來壓的步距（可以設為l）。而且，在煤層上方的基本頂中會有作用于巖梁上的均布載荷（可以設為q），在煤層的支撐端會有層向的壓力或者拉力（可以設為t）。那么周期來壓時的支撐力大小則等于傾斜角的余弦函數與周期來壓步距離（l）、均布載荷（q）之間的乘積。

當支撐巖梁上表面的拉應力達到或者超出頂板的抗拉強度時，煤層基本頂上的頂板則會出現斷裂。如果煤層的傾角角度逐步增大而周期來壓步距的數值變小時，那么相應地，由于煤層傾斜角在產生變化的過程中，周期來壓的步距數值也會發生變化[1]。根據上述的周期來壓支撐力大小的計算方法，煤層傾斜角角度增大的話那么周期來壓的來壓峰值也會相應增大。

2 現場實測綜放開采煤層傾角對周期來壓特征的影響

為了更好地反映出綜放開采煤層整個工作面的礦壓所呈現規律的實際情況，在綜放工作面內每間隔一定的距離位置可以設置一個礦壓檢測站，并且通過礦壓檢測站中的支架作為觀測線，這樣有利于更好地對煤層開采進行分析和研究。以下，將通過山西大同煤礦的一個礦點作為現場實測對象，對周期來壓特征的影響進行分析：

首先，在煤礦現場布置液壓支架，選擇其中的一部分液壓支架，在其中設置觀測線，并且所選擇的每條觀測線液壓支架要注意設置直讀式的壓力表和數碼連續記錄壓力計，對于液壓支架的前排和后排立柱上裝設有對循環壓力變化的監測儀器。

其次，對于綜放開采煤礦工作面的基本頂的狀況、煤壁片幫、選擇的綜放工作面的積水狀況進行仔細觀測，從而對于整個的綜放工作面中的不同位置以及其中的礦壓顯現規律有更加清楚直接的認識[2]。

第三，對于綜放煤層傾角進行實測數據整理。注意對對于煤層傾角、煤層的厚度、煤層的地質結構、控頂距以及基本頂頂板的巖性數據進行記錄。在整個的現場實測數據處理過程中，發現除了煤層傾角之外，其他的影響因素包括來壓步距、來壓峰值并沒有出現較大的變化。將觀測站中選取有代表性的幾組煤層傾角進行整理，用于研究周期來壓步距和周期來壓峰值和煤層傾角之間的關系。

第四，對于綜放煤層傾角進行實測數據分析。將上述觀測站中的實測數據將周期來壓步距、周期來壓峰值、煤層傾角之間運用數學表達式分析。

一方面，是煤層傾角運用周期來壓步距規律的函數分析。可以將上述對應的來壓步距進行最小二乘線性擬合，可以將煤層的傾角作為自變量，來壓步距作為可變量[3]。有結果資料分析表示，隨著煤層的傾角之間的角度變大時，周期來壓步距有呈現遞減的趨勢。當煤層的傾角在-15～-7之間時，來壓步距變化速率較快；當煤層的傾角在-7～7之間時，來壓步距變化的速率較小；的那個煤層的傾角在7～15之間時，來壓步距變化的速率會再次加快。

另一方面，對于煤層傾角和來壓峰值規律進行函數分析。有數據結果分析顯示，隨著煤層的傾角之間的角度變大時，周期來壓峰值會呈現遞增的趨勢。當煤層的傾角在-15～-8之間時，來壓峰值的變化會較快；當煤層的傾角在-8～8之間時，來壓峰值的變化速率較小；當煤層的傾角在8～15之間時，來壓峰值的變化速率會再次加快。

在得出上述結論之后，需要對煤層傾角的影響系數進行確定。當然，煤層傾角的影響系數不僅包括對于來壓步距的影響系數，還包括對來壓峰值的影響系數[4]。所以說，在對煤層傾角的影響分析時，要從雙方面對煤層傾角影響系數進行確定。

參考文獻：

[1]題正義，秦洪巖，陳明元.綜放開采煤層傾角對周期來壓特征的影響[J].中國礦業大學學報，2015（05）：817-822.

[2]蔡瑞春.大傾角煤層開采礦壓特征及圍巖控制技術研究[D].安徽理工大學，2009.

[3]王旭杰.大傾角特厚煤層綜放開采區段煤柱合理尺寸優化與研究[D].太原理工大學，2013.

[4]王紅偉.大傾角煤層開采覆巖結構特征分析[D].西安科技大學，2010.